Ежегодно в России регистрируется до 35 000 лесных пожаров, охватывающих площади до 3,5 млн га. Кроме того, в результате сплошных рубок ежегодно образуются значительные безлесные площади, которые также требуют проведения лесовосстановительных мероприятий по созданию лесных культур или содействия естественному лесовосстановлению. Так, плановые лесозаготовки составляют порядка 1,2 млн га, а несанкционированные рубки 0,8 млн га. При этом убыль площади лесов происходит в результате воздействия вредителей, болезней и климатических изменений (рис. 1). При этом искусственному лесовосстановлению подвергаются площади лишь равные площадям сплошных вырубок [1, 2].
Рис. 1. Основные причины сокращения лесных площадей
Так, по итогам 2017 г. было создано 0,8 млн га лесных культур преимущественно методами посадки и посева с широким использованием ручного труда. При этом оставшиеся площади либо останутся частично или полностью безлесными, либо самовосстановятся с преобладанием малоценных мягколиственных пород [3, 4].
Цель исследования: оценка применяемых мер по профилактике и тушению лесных пожаров, выявлению наиболее эффективных орудий и механизированных технических устройств с позиции экономической эффективности их использования, для формирования механизма инновационного развития предприятий лесопромышленного комплекса, на основе их инновационного развития.
Материалы и методы исследования
В процессе исследования выделены два наиболее экономически эффективных метода поддержания баланса лесных площадей – это, во-первых, предотвращение и эффективное тушение лесных пожаров и, во-вторых, лесовосстановление с применением современных эколого-ресурсосберегающих технологий [5].
Глобальные климатические изменения, произошедшие в последние десятилетия, привели к регулярному возникновению крупномасштабных лесных пожаров. При этом горят и северные леса, и леса густонаселенных центральных районов России, чего не наблюдалось ранее. Этому способствуют аномально высокие температуры и возникновение опасного социального явления экологического терроризма – умышленных поджогов леса. В этих условиях особо важным становится не только оперативное пожаротушение, но и профилактика лесных пожаров [6, 7]. Известно, что лесные пожары можно обнаруживать и ликвидировать в первые часы его возникновения. В качестве наиболее распространенного средства при профилактике и тушении лесных пожаров используется вода. Ресурсы на водной основе могут использоваться для таких лесных пожаров, как верховой, низовой и почвенный, при этом от типа пожара, причин его возникновения, доступности водных ресурсов и видов используемых механических средств должна быть решена основная задача, а именно: локализация, полная ликвидация лесного пожара.
При использовании воды в процессе тушения лесного пожара применяются насосные устройства, установленные на пожарных автоцистернах, могут применяться мобильные насосы, которые функционируют от двигателя трактора или топливного механического средства. Также существует еще один вид орудия при тушении лесных пожаров – пожарная мотопомпа, которая по своим характеристикам является малогабаритной и может быть как переносной, так и прицепной [8]. В качестве крупногабаритных средств, направленных на профилактику и тушение лесных пожаров, можно отметить использование самолетов и вертолетов. При использовании данного метода тушения лесных пожаров затрачиваются значительные финансовые ресурсы, и он не всегда показывает ожидаемую эффективность. При значительной площади пожара и сложной профильной симметрии огня, разовые выбросы воды, даже в большом количестве, на ограниченном участке большого эффекта не показывают. Это, прежде всего, связано со сложностями при осуществлении точного попадания воды по профилю участка возгорания вследствие смещения дымовой завесы и общей задымленности возгораемого периметра. Здесь же, в качестве недостатка авиационных пожарных средств тушения лесных пожаров, можно отметить необходимость перезаправки, которая занимает значительную часть времени. Применение авиационных средств может замедлять работу действующих пожарных команд, работающих на земле, так как существует опасность травмы при сбрасывании значительных объемов воды, измеряемых тоннами [9, 10]. В большинстве случаев применение авиационных средств пожаротушения оправдывается при интенсивных верховых пожарах, вблизи которых расположены важные инфраструктурные объекты. Тушение низовых пожаров целесообразно проводить менее затратными и эффективными способами [11].
Результаты исследования и их обсуждение
В качестве одного из известных и получивших широкое применение способов тушения возгораний и низового лесного пожара можно отметить прокладку противопожарных минерализованных полос, проходящих на определенном расстоянии от очага возгорания и возможности забрасывания огня грунтом. Работы по прокладке минерализованных полос проводятся в качестве профилактической и предупредительной меры. Прокладка минерализованных полос проводится по границам имеющихся лесных массивов – потенциальных источников возгорания, примыкающих к железнодорожным путям, угодьям сельскохозяйственного назначения, автомагистралям, животноводческим комплексам, жилым и населенным пунктам [12, 13]. Рассмотрим основные виды техники, представленные на рис. 2.
Рис. 2. Основные виды техники и орудий, используемых при создании минерализованных противопожарных лесных полос
В большинстве случаев тушение лесных угодий водой и применяемыми на ее основе огнегасящими смесями не всегда целесо- образно, а иногда не представляется возможным из-за специфических условий рельефа и местности, где возник лесной пожар. Поэтому здесь целесообразней использовать при тушении лесных пожаров грунт как перспективное направление, вследствие того, что его всегда можно получить в непосредственной близости от лесного пожара. В лесопромышленном комплексе при создании минерализованных противопожарных лесных полос можно использовать различную почвообрабатывающую технику. При рассмотрении орудий и механизмов в качестве лесопожарной техники можно отметить сельскохозяйственный дисковый многокорпусный плуг, оснащенный предохранительным механизмом [14, 15]. Данный вид орудия характеризуется достаточно высокой проходимостью и может быть успешно использован при создании минерализованных противопожарных лесных полос (рис. 3, а). Рассматривая лесохозяйственный многокорпусный дисковый плуг (рис. 3, б), можно отметить, что его применение возможно для создания минерализованных противопожарных лесных полос, а также возможно его использование при подготовке почвы в условиях проводимых вырубок, и дальнейшего раскорчевания пней. Широкое применение подобных орудий можно наблюдать за рубежом. Данные орудия, как правило, характеризуются значительной шириной захвата в диапазоне 1,3–2,0 м и образующих достаточно ровный вырез созданной минерализованной полосы, что неприемлемо при лесовосстановительных работах [16, 17].
а) б)
Рис. 3. Образцы дисковых многокорпусных плугов: а – сельскохозяйственный; б – лесохозяйственный
а) б)
Рис. 4. Образцы лесного комбинированного плуга (а) и клинобульдозерного отвала (б)
Существует также и клинобульдозерный отвал (рис. 4, б), имеющий в отличительных особенностях комплекс расчищающих клиньев. Данный клинобульдозерный отвал необходимо использовать как в процессе работ по созданию минерализованных противопожарных лесных полос, так и в работах при полосной расчистки местности после проведения вырубок, включающей обработку почвы [18]. Применение данных орудий наиболее целесообразно при создании минерализованных противопожарных лесных полос.
Клинобульдозерный отвал характеризуется значительной шириной захвата и мощным сдвигом лесной подстилки, а также сдвигает плодородный слой почвы в разные стороны.
Рассмотрим отдельно основные типы конструкций грунтометов, применяемых для прокладки заградительных и опорных полос и технически близкие к ним орудия (рис. 5). В современных разработках имеется ряд конструкций лесных грунтометов на тракторной основе. В качестве отличительной их особенности можно отметить конструктивную составляющую, а именно имеющихся рабочих органов, осуществляющих быстрое вращение, при проведении фрезерования верхнего почвенного слоя и его отбрасывания в ту или иную сторону лесного пожара. Но у этих орудий имеется конструкционный недостаток, выраженный в распыливании почвенного покрова, подаваемого в сторону возгорания и, как следствие, до возгорания доходит малый объем почвы. Подача почвенного грунта осуществляется в виде «земельного облака», после оседания которого, не происходит образование сплошного равномерного покрова в лесной подстилке и травянистых условиях растительности. Ровный покров исключает возгорание и дальнейшее распространение лесного пожара [19, 20].
Рис. 5. Образцы грунтометов и типовых орудий
В качестве другого недостатка можно отметить отсутствие возможности использования грунтометательных технических средств на лесохозяйственных почвах, имеющих корневые системы деревьев. Эту проблему частично можно решить посредством установки дополнительного рыхлящего и предохранительного органа [21]. В качестве примера можно отметить механическое средство – грунтомет на тракторной основе ГТ-3. Данное механическое средство используется при активном тушении кромок лесного низового пожара с регулируемой интенсивностью выбрасывания грунта в сторону лесного пожара, как слабой, так и средней интенсивности. Также данное механическое устройство должно применяться: при устройстве минерализованных лесных полос различного типа перед линией лесного пожара, создании и обновления защитных лесных минерализованных полос в целях противопожарного устройства лесных угодий. В качестве недостатка данного механического средства выступает неприспособленность к работам на лесных почвенных покровах, содержащих различные препятствия. Данное механическое устройство может образовывать среднюю по ширине минерализованную лесную полосу и достаточно сильно распылять грунт [22, 23].
С учетом этих недостатков на кафедре механизации лесного хозяйства и проектирования машин ВГЛТУ разработан и изготовлен опытный образец противопожарного лесного грунтомета, агрегатируемого с тракторами класса тяги 30кН. В целях снижения динамической нагрузки на роторные устройства и увеличения объемов рыхления почвенного покрова, направляемого на них, впереди грунтометательного механического устройства были приспособлены нож, имеющий стрельчатую рыхлительную лапу и сферические диски. Нож обладает достаточно необходимой мощностью и предназначен для рыхления почвенного покрова перед роторными устройствами, перерезания корневой системы и одновременным предохранением роторных устройств от ударов о возможные препятствия [24, 25]. Два сферических диска также рыхлят почву и сдвигают ее к центру, образуя вал, который разбрасывают роторы, следующие за дисками. Поскольку роторные устройства забирают весь рыхлый почвенный покров из сформированного вала, поэтому произошло увеличение производительности механического лесного средства, а значит, и получено увеличение эффективности при пожаротушении.
В целом можно отметить тот факт, что универсальная конструкция грунтометательного устройства характеризуется все же рядом недостатков. Мощный нож, имеющий стрельчатую рыхлительную лапу и сферические диски, увеличивают массу и габаритные размеры грунтомета. В сцепленном положении с трактором нижняя точка грунтометательного устройства может приподниматься над уровнем поверхности в диапазоне 0,5 м. Если учитывать возможное раскачивание трактора, из-за увеличенной массы грунтометательного устройства, имеющего достаточно сильное смещение назад центра тяжести, то можно наблюдать касание мощного ножа грунтомета поверхностного слоя дороги. Данное обстоятельство может влиять на проходимость, а именно снижать скорость проходимости на 5–7 км/ч, а следовательно, увеличивает время прибытия к месту возгорания [26, 27].
Также находят применение ручные грунтометы. Они представляют собой орудия, применяемые исключительно для прокладки противопожарных полос, так как объем и дальность подачи грунта весьма незначительны [3]. Интересны конструкции грунтометателей некоторых землеройных машин.
Заключение
В процессе анализа и исследования существующих аналогов и прототипов эффективных орудий и механизированных технических устройств, применяемых при профилактике и тушении лесных пожаров, выявлен тот факт, что на машиностроительных производственных предприятиях на данный момент не организовано серийное производство грунтометательных лесных устройств, позволяющих на более эффективном уровне осуществлять борьбу с лесными пожарами. Следовательно, необходимы усовершенствование и разработка навесного грунтометательного устройства, которое обеспечивало бы стабильный и массивный, узконаправленный грунтовой поток в сторону огня.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-010-00318.
Библиографическая ссылка
Шанин И.И., Лысыч М.Н. ЭФФЕКТИВНЫЕ ОРУДИЯ И МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ПРОФИЛАКТИКЕ И ТУШЕНИИ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 12-2. – С. 403-410;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37028 (дата обращения: 19.04.2024).